DE3400636A1

DE3400636A1 - Elektronisches thermometer zum messen der koerpertemperatur

Info

Publication number: DE3400636A1
Application number: DE19843400636
Authority: DE
Inventors: Bruce H. Thomaston Conn. Kamens
Original assignee: Timex Medical Products Corp
Current assignee: Timex Medical Products Corp
Priority date: 1983-01-21
Filing date: 1984-01-11
Publication date: 1984-07-26
Also published as: FR2539873A1; GB2133886A; GB8330982D0; US4487208A

Description

HOEGER, STELUBEiQHT^PAFTNER 3400636

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c D 7000 STUTTGART 1

A 45 873 b Anmelder: Timex Medical Products k - 176 Corporation

9. Januar 1984 Waterbury, Conn. 06720

USA

Elektronisches Thermometer zum Messen der Körpertemperatur

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Thermometer mit kurzer Messzeit zum Messen der Körpertemperatur mit einer ein Temperaturmessende aufweisenden Meßsonde.

Elektronische Thermometer zum Messen der Körpertemperatur, insbesondere zum Einsatz in Krankenhäusern und dergleichen, lassen sich in "zwei Arten unterteilen, nämlich in direkt messende und sogenannte vorhersagende Thermometer. Bei den direkt messenden Thermometern wird ein allmählicher Temperaturanstieg bis zum Erreichen einer maximalen Temperatur festgestellt, wie dies auch beim üblichen Quecksilber-Thermometer der Fall ist. Die Temperaturmessung erfolgt dabei jedoch in kürzerer Zeit als beim Messen mit einem konventionellen Quecksilber-Thermometer (Fieberthermometer). Die Ansprechzeit, die bei derartigen Thermometern benötigt wird, liegt bei etwa 60 Sekunden, im Gegensatz zu der Messzeit von 3 bis 4 Minuten bei Quecksilber-Thermometern. Die "vorhersagenden", elektronischen Thermometer zum

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Messen der Körpertemperatur messen die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs" über ein vorgegebenes Zeitinter-""^-. vall von typischerweise 10 Sekunden/ woraufhin dann in Abhängigkeit von der ermittelten Anstiegsgeschwindigkeit während der ersten -10 Sekunden ein Endwert der Temperatur "vorhergesagt" bzw. geschätzt oder extrapoliert wird.

Vorhersagende elektronische Thermometer,,wie z.B. das System, welches unter der Typenbezeichnung "IVAC 811/ 821" im Handel erhältlich ist, führen also eine Schätzung der Endtemperatur durch, ehe ein vollständiger Temperaturausgleich zwischen dem Wandler und seiner Umgebung stattgefunden hat und wurden mit dem Ziel entwickelt, die für eine Ermittlung der Endtemperatur erforderliche Zeit zu verkürzen. Bei Thermometern dieses Typs kann mit einer elektronischen IVAC 811/821-Schaltung oder mit einer anderen Art von Kompensationsschaltung gearbeitet werden, mit dem Ziel, die tatsächlich gemessene Temperatur um einen Faktor zu verschieben/ der der Kompensation der thermischen Zeitkonstante des Wandlers dient. Weiterhin können Thermometer der betrachteten Art nach numerischen Verfahren arbeiten, welche in Form von Software-Algorithmen in einem eingebauten Mikroprozessor gespeichert sind, um einen Endwert der Körpertemperatur vorherzusagen. Dabei bleibt es jedoch ein Problem der vorhersagenden Thermometer, daß die Kompensationsschaltung und die numerischen Verfahren die individuell verschiedenen physiologischen Eigen-

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schäften und Reaktionen verschiedener Menschen nicht exakt simulieren. Weiterhin ergeben sich bei Thermometern dieser Art Probleme mit der Eichung. Im allgemeinen wird ein solches Thermometer in einem öl- oder Wasserbad geeicht, welches eine weit bessere thermische Leitfähigkeit hat als der Mund oder eine andere Körperöffnung. Die Kompensationsschaltungen reagieren folglich auf ein öl- oder Wasserbad anders als auf die Umgebung in einer Körperöffnung eines Patienten, so daß eine exakte Eichung für Thermometer zum Messen der Körperthemperatur schwierig, wenn nicht unmöglich ist.

Bei den stetig messenden Klinikthermometern wird die Temperatur direkt gemessen, ohne daß Kompensationsoder Vorhersage-Einrichtungen verwendet würden. Derartige stetig messende Thermometer können exakt geeicht werden, da die Temperatur, die sie messen, dieselbe Temperatur wie in der physiologischen Umgeburg ist. Der Hauptnachteil der vorbekannten, stetig messenden Thermometer besteht somit darin, daß sie eine längere Kontaktzeit benötigen, innerhalb welcher sich die Temperatur des Thermometers an die Temperatur der Umgebung anpasst.

Bei vielen elektronischen Thermometern werden als Temperaturfühler bzw. Wandler zum Messen der Körperrtemperatur Thermistoren verwendet. Bei Klinikthermometern ist der Thermistor dabei an einer Sonde befestigt, welche in eine Körperöffnung, beispielsweise

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in den Mund eines Patienten gesteckt wird, dessen Temperatur gemessen werden soll. Nach dem Einstecken der Sonde muß diese ausreichend lange an der Meßstelle verbleiben/ damit der Thermistor auf die Temperatur seiner Umgebung, d.h. auf die Temperatur des Körpergewebes, erwärmt werden kann. Temperaturmessungen, bei denen der Thermistor bzw., genauer gesagt, die Sonde in der Umgebung des Thermistors,die Temperatur der Umgebung noch nicht erreicht hat, führen zu ungenauen, typischerweise zu niedrigen Temperaturmesswerten. In Verbindung mit Thermistoren wurden bereits Einrichtungen zum Vorheizen der Sonde verwendet, um die Ansprechzeit dadurch zu verkürzen, daß die Temperatur der Sonde im Bereich des Thermistors bereits vorab angehoben wird. Diese Möglichkeit ist beispielsweise in folgenden US-PSen beschrieben:

3 025 706, 3 729 998, 3 485 102, 3 893 058, 3 951 003,

4 166 451 und 4 133 208.

Die Länge des Zeitintervalls,für das die Probe in der Körperöffnung verbleiben muß, hängt von der thermischen Zeitkonstante des Thermistors ab. Diese thermische Zeitkonstante ist ein Maß für die Zeit, die bei einem bestimmten Gegenstand erforderlich ist, um eine Wärmemenge aufzunehmen bzw. abzugeben und damit ein Maß für die Geschwindigkeit, mit der Wärmeenergie von dem Gegenstand übertragen werden kann. Die thermische Zeitkonstante des Thermistors ist eine Funktion seiner thermischen Masse. Die Zeitkonstante des Thermistors

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ist im allgemeinen kürzer als die Zeitkonstante der Sonde, und zwar etwa um den Faktor 10. Da jedoch der Thermistor, wie dies beispielsweise in der US-PS 3 025 706 gezeigt ist, von der Sonde umgeben ist, ist die Zeit, die erforderlich ist, bis der Thermistor die Körpertemperatur angenommen hat, auch von der thermischen Zeitkonstante der Sonde abhängig. Bei dem bekannten Thermometer kann die Sonden/Thermistor-Konfiguration zu einer Meßzeit von einer Minute oder mehr führen.

Die US-PS 4 174 631 beschreibt ein elektronisches Klinikthermometer, mit dem Probleme früher entwickelter elektronischer Thermometer überwunden werden sollen, wie z.B. Ungenauigkeiten aufgrund von Isolationseigenschaften der Sonde, lange thermische Zeitkonstanten und Kühlwirkungen an der Probenmasse durch das Körpergewebe. Um dies zu erreichen, wird ein Thermoelement mit zwei verschiedenen feinen Metalldrähten verwendet, die in direkten Kontakt mit dem Körpergewebe gebracht werden, um eine echte (keine vorhersagende) Temperaturmessung in weniger als einer Minute durchzuführen. Speziell offenbart die US-PS 4 174 631 einen Wandler in Form eines Thermoelements mit niedriger thermischer Masse zur Erzielung einer kurzen Ansprechzeit, wobei die Drähte des Thermoelements in einem nohJLen Rohr aus Kunststoffmaterial abgestützt werden und wobei der Messübergang des Thermoelements das offene Erde der rohrförmigen Sonde überbrückt, so daß die dünnen

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Drähte und der Übergang in direkten Kontakt mit dem Körpergewebe des Patienten gebracht werden können, dessen Körpertemperatur gemessen werden soll. Da die Drähte des Thermoelements bei dieser Konstruktion völlig frei liegen, werden sie leicht beschädigt. Außerdem besteht die Gefahr einer Kontamination/ d.h. die Gefahr des Eindringens von Krankheitsträgern in die Sonde, wenn in deren offenes Ende Spucke oder andere Fremdkörper eindringen.

Ein weiteres Thermometer mit frei liegenden Drähten ist in der US-PS 4 250 751 beschrieben. Weitere Temperaturmeß sonden werden auch in den US-Anmeldungen Serial No. 309 667 und 249 779 beschrieben.

Thermistoren werden gegenüber Thermoelementen bei der Temperaturmessung für medizinische Zwecke deshalb bevorzugt, da sie im interessierenden Temperaturbereich eine höhere Empfindlichkeit besitzen und weil kein Referenzübergang erforderlich ist wie bei Thermoelementen, Außerdem können bei Thermoelementen dadurch Messfehler hervorgerufen werden, daß beispielsweise der Peltier-Effekt eintritt, gemäß welchem ein übergang erwärmt wird, während der andere abgekühlt wird. Dieser Fehler kann andererseits bei Temperatur-Meßsonden mit Thermistoren nicht auftreten.

Ausgehend vom Stande der Technik und der vorstehend aufgezeigten Problematik liegt der Erfindung die

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Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Thermometer zur Messung der Körpertemperatur anzugeben, welches eine Meßsonde aufweist, die in eine Körperöffnung einschiebbar ist und welches eine kurze Ansprechzeit besitzt.

Diese Aufgabe wird durch ein elektronisches TSiermometer der eingangs angegebenen Art gelöst, welches gemäß der Erfindung durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist: es ist eine Wärmesensoranordnung vorgesehen, welche folgende Elemente umfasst: ein dünnes, gut wärmeleitendes, metallisches Plattenelement, welches eine Außenseite und eine Innenseite aufweist/ ein Temperatursensorelement, welches eine geringe thermische Masse aufweist und thermisch in Kontakt mit der Innenseite des Plattenelements steht,· eine erste, drahtförmige Zuleitung geringen Durchmessers, die elektrisch mit der Innenseite des Plattenelements verbunden ist; und eine zweite, drahtförmige Zuleitung geringen Durchmessers, die elektrisch mit dem Sensorelement verbunden ist, wobei die beiden Zuleitungen innerhalb der Sonde angeordnet sind, und es ist ein Sondenkörper in Form eines hohlen, rohrförmigen Elementes aus elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial und mit niedriger thermischer Masse vorgesehen, wobei das rohrförmige Element eine radial nach innen gerichtete Stützfläche aufweist, die eine Mittelöffnung definiert, welche kleiner ist als das Plattenelement, derart, daß das Plattenelement längs seines Randes auf seiner Innenseite durch die Stützfläche abstützbar ist, wobei das rohrförmige

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Element ferner einen deformierbaren., die Stützfläche umgebenden Flansch aufweist, welcher derart nach innen umlegbar ist, daß er den Rand des Plattenelements dichtend umschließt und so die Wärmesensoranordnung an dem Sondenkörper derart festlegt, daß sich eine gegen eine Kontaminierung geschützte Sonde mit geschlossenem Fühlerende ergibt, bei der allein die Außenseite des Plattenelements, welches direkt in leitendem Kontakt mit dem Sensorelement steht, sowie zumindest ein Teil der Sonde in Kontakt mit dem Körpergewebe bringbar ist, um die Körpertemperatur zu messen.

Es ist ein Vorteil des Thermometers gemäß .der Erfindung, daß eine sehr kurze Ansprechzeit erreichbar ist, da sowohl die Sonde als auch das Temperatursensorelement so ausgebildet werden können, daß sie eine sehr niedrige thermische Masse haben.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Thermometers besteht darin, daß die Wärmesensoranordnung in direkten Kontakt mit dem Körpergewebe in einer Körperöffnung gebracht werden kann, wodurch eine schnelle Temperaturmessung ermöglicht wird, ohne daß Kompensationseinrichtungen und/oder Vorheizeinrichtungen verwendet werden müssten.

Es ist auch ein Vorteil des Thermometers gemäß der Erfindung, daß innerhalb einer Messzeit von weniger als 10 Sekunden eine exakte Temperaturmessung mit einer

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Genauigkeit von + 0,1⁰C durchgeführt werden kann, sobald die Meßsonde in den Körperhohlraum eingebracht ist und in Kontakt mit dem Körpergewebe steht. Dabei wird durch das geschlossene Temperaturmessende der Sonde auch das Problem einer Kontamination der Sonde auf ein Minimum reduziert.

Schließlich ist es ein Vorteil des Thermometers gemäß der Erfindung, daß die Gefahr einer Beschädigung des Temperatursensorelements und der zugehörigen Zuleitungen auf ein Minimum reduziert ist, da das Sensorelement und die Leitungen im Inneren des hohlen, rohrförmigen Sondenkörpers geschützt angeordnet sind. Außerdem ist das elektronische Thermometer gemäß der Erfindung vergleichsweise einfach aufgebaut und billig herstellbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat das elektronische Thermometer zum Messen der Körpertemperatur eine kurze Ansprechzeit, was mit Hilfe einer Sonde erreicht wird, die einen hohlen, rohrförmigen Sondenkörper besitzt, an dessen Temperaturmessende eine Wärmesensoranordnung festgelegt ist. Die Sensoranordnung umfasst dabei eine dünne, thermisch gut leitende Metallplatte, mit der eine Zuleitung geringen Durchmessers verbunden ist und mit der ein Temperatursensorelement mit geringer thermischer Masse elektrisch verbunden ist, wobei mit dem Sensorelement wieder eine Zuleitung geringen Durchmessers verbunden ist. Die Draht-Zuleitungen sind dabei in der hohlen Sonde

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angeordnet und an ihrem anderen Ende mit der elektronischen Thermometerschaltung verbunden.

Der rohrförmige Sondenkörper besteht aus isolierendem Kunststoffmaterial und besitzt zumindest am Messende eine niedrige thermische Masse. Außerdem besitzt der Sondenkörper eine radial auf seine Längsachse ausgerichtete Plattform bzw. Stützfläche mit einer öffnung, die größer als das Sensorelement, aber kleiner als die Metallplatte ist. Die Stützfläche stützt die Metallplatte ab, während die Öffnung in der Stützfläche das Sensorelement aufnehmen kann, welches elektrisch mit einer Seite der Metallplatte verbunden ist und durch die Öffnung hindurch in das Innere des Sondenkörpers ragt. Ferner besitzt der Sondenkörper einen Flansch, der die Stützfläche zumindest im wesentlichen umgibt und durch Erwärmen nach innen gegen die Stützfläche umgelegt werden kann, um den Rand der Metallplatte zu erfassen, die durch die Plattform bzw. die Stützfläche abgestützt wird. Dieses Festklemmen der Wärmesensoranordnung am Sondenkörper schafft ein dichtes, gegen eine Kontamination geschütztes, geschlossenes Sondenende, bei dem nur die Metallplatte der Wärmesensoranordnung und der Sondenkörper in der unmittelbaren Umgebung der Metallplatte bei der Durchführung von Temperaturmessungen in Kontakt mit dem Körpergewebe gebracht werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert

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und/oder sind Gegenstand der Ünteransprüche. Es zeigen;

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines elektronischen Thermometers gemäß der Erfindung mit der erfindungsgemäß verbesserten Meßsonde;.

Fig. 2 eine perspektivische Vorderansicht der Meßsonde, wobei ein Teil des Sondenkörpers weggebrochen ist, um den Blick auf eine Wärmesensoranordnung freizugeben;

Fig. 3 Längsschnitte durch das Messende und der Meßsonde vor und nach dem Fest-Fig. 4 legen der Sensoranordnung;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch das Messende einer abgewandelten Ausführungsform einer Meßsonde gemäß der Erfindung und

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung

einer Wärmesensoranordnung für die eine oder andere Ausführungsform einer Meßsonde gemäß der Erfindung.

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Im einzelnen zeigt Fig. 1 ein Klinik-Thermometer 10 mit einer Meßsonde 11, die mit einem Gehäuse 12 verbunden ist. In dem Gehäuse 12 befindet sich eine Batterie sowie eine batteriegetriebene elektronische Schaltung (nicht dargestellt). Außerdem sind am Gehäuse ein Betätigungsschalter 14 und eine Anzeige 16 vorgesehen, welche der Anzeige der mit Hilfe der Meßsonde 11 gemessenen Körpertemperatur dient. Die Sonde 11 umfasst eine Wärmesensoranordnung 30/ die in Fig. 2 bis 6 gezeigt ist, einen Sondenkörper 26 und einen Handgriff 18, welcher den Sondenkörper 26 mit einem Spiralkabel 20 verbindet, wobei Handgriff 18 und Kabel 20 passend in eine Aussparung des Gehäuses 12 einsetzbar sind. Das Kabel 20 verbindet die elektronische Schaltung mit zwei Zuleitungen 22,24, welche gemäß Fig. 2 bis 6 elektrisch mit der Wärmesensoranordnung 30 verbunden sind. Die Zuleitungen 22,24 sind im Inneren des hohlen, zylinderförmigen Sondenkörpers angeordnet, der mit dem Handgriff 18 verbunden ist und dauerhafter Bestandteil desselben sein kann, vorzugsweise jedoch lösbar und auswechselbar mit dem Handgriff 18 verbunden ist. Wenn die Sonde nicht im Gebrauch ist, wird sie zusammen mit dem Spiralkabel 20 von dem Gehäuse 12 aufgenommen.

Im einzelnen besitzt der Sondenkörper 26, wie dies in Fig. 2 bis 4 gezeigt ist, ein Fühlerende 32. Am Fühlerende hat der Sondenkörper eine niedrige thermische Masse und besteht aus einem Kunststoffmaterial mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, damit die Wärmeübertragung

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vom Fühlerende 32 in Richtung auf den Handgriff 18 auf ein Minimum reduziert wird. Vorzugsweise werden Kunststoffe mit einer thermischen Leitfähigkeit in der Größenordnung von 0,0006 cal/sec/cm/cm²/⁰C oder weniger verwendet. Viele Kunststoffmaterialien sind für diesen Zweck geeignet, wie z.B. ein Polykarbonat oder ein Diacetat, wie z.B. Zelluloseacetat. Polyäthylene hoher Dichte werden bevorzugt. Der Sondenkörper besteht aus isolierendem Kunststoff und besitzt am Fühlerende 32 eine Plattform bzw. eine plattenförmige Stirnwand 34, welche die Längsachse LA des Sondenkörpers radial umgibt. Die Stirnwand 34 ist mit einer Mittelöffnung 36 versehen. Außerdem besitzt der Sondenkörper 26 an seinem Fühlerende 32 einen verformbaren Flansch 38, der längs des ümfangs der Stirnwand 34 nach außen bzw. vorn vorsteht.

Die Wärmesensoranordnung 30 selbst umfasst gemäß Fig.6 eine wärmeleitende Metallplatte 40, vorzugsweise aus Münzsilber, sowie ein Sensorelement, dessen Widerstand sich temperaturabhängig ändert, beispielsweise einen Thermistor 42. Das Sensorelement könnte auch ein Thermoelement oder eine Halbleiteranordnung,.wie z.B. eine Diode sein. Die Platte 40 besitzt eine Außenfläche 4Oo und eine Innenfläche 4Oi. Der Thermistor 42 ist eine harte, keramikförmige Anordnung, die aus einem komprimierten und gesinterten Gemisch der Oxide folgender Metalle: Mangan, Nickel, Kobalt, Kupfer, Magnesium, Titan und anderen Metalle besteht. Der Thermistor 42

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kann als Perle/ Stab, Scheibe, Ring oder in anderer Weise ausgebildet sein. Wenn der Thermistor in Form einer Perle ausgebildet ist, kann die Metallplatte 40 in ihrer Mitte nach außen vorgewölbt sein und eine im wesentlichen glockenförmige Struktur besitzen, so daß die Thermistorperle mit der konkav gewölbten Innenseite der Metallplatte verlötet, verschweißt oder in anderer Weise, beispielsweise mittels eines Epoxydharzes verbunden sein kann. Eine Metallplatte mit glockenförmigem Vorsprung würde dabei in der weiter unten noch beschriebenen Weise in dem Sondenkörper festgeklemmt.

Beim betrachteten Ausführungsbeispiel ist der Thermistor 42 als quadratisches Blättchen mit einer Silberauflage auf seiner quadratischen Innenseite 42t und seiner quadratischen Außenseite 42b ausgebildet. Der Thermistor 42 besitzt eine niedrige thermische Masse (cal/°C), welche eine Funktion seiner Masse und seiner spezifischen Wärme bzw. Wärmekapazität ist. Die Zuleitung 22 ist elektrisch mit der Innenseite 4Oi der Metallplatte 40 verbunden, während die Zuleitung 24 elektrisch mit dem Thermistor 42 verbunden ist. Der Thermistor 42 ist im wesentlichen in der Mitte der Innenfläche 4Oi der Metallplatte 40 angeordnet und elektrisch leitend mit dieser verbunden.

Der Sondenkörper 26 kann an seinem Fühlerende 32 die Sensoranordnung 30 aufnehmen und haltern. Insbesondere dient die Stirnwand 34, deren Mittelöffnung 36 größer

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ist als der Thermistor 42 und kleiner als die Metallplatte 40, der Abstützung der Innenseite 4Oi der Metallplatte 40, zumindest in einem Randbereich derselben. Der verformbare JElansch 38 wird nach dem Einlegen der Sensoranordnung 30 nach innen umgebördelt und umfasst den Rand der Außenfläche 4Oo der Metallplatte 40. Auf diese Weise wird die Sensoranordnung 30 dichtend am Sondenkörper festgeklemmt, so daß eine Sonde mit geschlossenem Ende erhalten wird, bei der zumindest das Fühlerende gegen eine Kontamination geschützt ist. Mit anderen Worten können also nur die Außenfläche 4Oo der Metallplatte 40 und zumindest ein Teil des Sondenkörpers 26 in Kontakt mit dem Gewebe der Körperöffnung gelangen,· in welche die Sonde zur Messung der Körpertemperatur eingeschoben wird.

Der aus Kunststoff bestehende Sondenkörper 26 besitzt in unmittelbarer Nähe des Fühlerendes 32 eine Wandstärke von etwa 229 μΐη. Die Wandstärke kann,ausgehend vom Fühlerende 32,in Richtung auf den Handgriff 18 zunehmen. Das Fühlerende 32 des Sondenkörpers 26 muß jedoch dünn ausgebildet sein, damit sich eine niedrige thermische Masse ergibt. Andererseits muß das Fühlerende auch ausreichend stabil sein, um die Wärmesensoranordnung 30 zuverlässig zu haltern.

Die Stirnwand 34, welche von der Außenwand des Sondenkörpers 26 radial nach innen absteht, besitzt eine Dicke von etwa 178 um, während, der Flansch 38, welcher

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nach außen über die Stirnwand 34 vorsteht, eine Dicke von nur etwa 25 um besitzt. Die Höhe des Flansches bezüglich der Stirnwand 34 beträgt etwa 200 um, während die Mittelöffnung 36 in der Stirnwand 34 einen Durchmesser von etwa 1,3 mm hat und kreisrund ausgebildet ist oder eine andere Form hat.

Wenn die Metallplatte 40 rund ausgebildet ist, dann hat sie einen Durchmesser von etwa 2,3 mm und eine Dicke von etwa 50 um. Dabei versteht es sich, daß die Metallplatte praktisch eine beliebige Form haben kann, daß jedoch die Dicke der Metallplatte kritisch ist, da insgesamt eine geringe thermische Masse erreicht werden soll. Es versteht sich, daß Form und Größe der Metallplatte von Form und Größe der öffnung bestimmt werden, die durch den nach außen bzw. vorn vorstehenden Flansch 38 definiert wird. Für eine' einwandfreie Funktion des Thermometers ist dabei wichtig, daß die Metallplatte eng an dem Flansch anliegt und das Innere des Sondenkörpers 26 im wesentlichen vollständig gegen die äußere Umgebung abdichtet. Wie oben beschrieben, wird der Flansch nach innen gegen die Stirnwand umgebördelt, welche die Metallplatte abstützt, um auf diese Weise die Metallplatte am Fühlerende 32 des Sensorkörpers 25 dichtend festzulegen, so daß keine Verschmutzungen in das Innere des Sensorkörpers 26 gelangen können. In Fig. 3 ist der Flansch vor dem Umbördeln gezeigt. Fig. 4 zeigt den Flansch nach dem umbördeln. Vor dem umbördeln des Flansches wird die Stirnwand 34 durch

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Tauchen mit einem Dichtungsmittel beschichtet, um an Ort und Stelle eine Dichtung zu erzeugen, welche die Metallplatte umschließt und so zu gewährleisten, daß das Innere des Sondenkörpers nach dem anschließenden Unibördeln des Flansches gegen die Stirnwand vollständig abgedichtet ist.

Die Kantenlänge des Thermistorplättchens beträgt vorzugsweise etwa 508 μπι, während seine Dicke etwa 127 μπι beträgt. Ein entsprechender Thermistor ist als handelsübliches Produkt, beispielsweise von der Firma Ametek, USA, erhältlich. Bekanntlich nimmt der Widerstandswert eines Thermistors bei einem Temperaturanstieg um etwa 4 bis 6% pro ⁰C zu, und zwar gemäß der folgenden, nichtlinearen Beziehung:

= _R J Π/τ - i/t_o)

wobei R = Widerstand des Thermistors bei einer spezifischen Temperatur T (in "Kelvin), T_Q = Bezugstemperatur (in "Kelvin) und ρ = Temperaturkoeffiezient des Thermistors. Beim Ausführungsbeispiel war der Temperaturkoeffizient etwa 3.940, zumindest im Temperaturbereich zwischen 35 und 41°C. Der Widerstandswert R_Q betrug bei etwa 38° ca. 5,68 k O. · Der Effekt der

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SeIbsterwännung des Thermistors wurde durch Strombegrenzung in der mit dem Thermistor verbundenen Meßschaltung in Grenzen gehalten. Die Verlustwärme des Thermistors lag bei etwa 1 mW, wodurch Messfehler auf ein Minimum reduziert wurden und wodurch eine Genauigkeit von etwa +^ 1⁰C bei Messung einer konstanten Temperatur erreicht wurde.

Wie oben beschrieben, ist der Thermistor elektrisch mit der Innenseite 4Oi der Metallplatte 40 verbunden. Vorzugsweise ist der Thermistor 42 im wesentlichen in der Mitte der Innenseite der Metallplatte 40 angeordnet und mit dieser verlötet oder verschweißt. Weiterhin ist der Thermistor 42 auch bezüglich der Mittelöffnung 36 der Stirnwand 34 im wesentlichen zentral angeordnet. Die Ansprechzeit zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das Fühlerende 32 der Sonde in Kontakt mit dem Körpergewebe gebracht wird, und dem Zeitpunkt, zu dem sich eine maximale, stetige Temperatur ergab, die von der Anzeige 16 angezeigt wurde, beträgt weniger als 10 Sekunden. Tatsächlich wurde experimentell eine Ansprechzeit von 3 Sekunden ermittelt. Um sicherzustellen, daß eine kurze Ansprechzeit in diesem Bereich erreicht wird, muß der Thermistor mit (im wesentlichen) den oben angegebenen Abmessungen mit der Metallplatte in einem Bereich mit einem Radius von etwa 686 um in der Mitte der Metallplatte 40 angeordnet sein und elektrisch mit dieser verbunden sein. Weiterhin muß die Zuleitung 22 innerhalb desselben zentralen Bereichs der Platte 40 elektrisch angeschlossen sein. Die Zuleitung 24 wird

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elektrisch mit der frei liegenden, mit Silber beschichteten Oberfläche des Thermistors verbunden, nachdem dieser mit der Metallplatte verbunden wurde.

Die Zuleitungen 22 und 24 haben einen kleinen Durchmesser und sind so ausgewählt, daß sie eine sehr geringe thermische Masse haben. Für die Zuleitungen wurde beispielsweise ein Magnetdraht (mit der üS-Drahstärke Nr. 41) aus Polythermalese oder Polyurethan verwendet. Die freien Enden der Zuleitungen 22,24 können mit der Metallplatte 40 bzw. dem Thermistor 42 verschweißt werden, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Die empfindlichen Zuleitungen sind innerhalb des hohlen Sondenkörpers angeordnet und werden durch diesen abgestützt. Dabei dient der Sondenkörper gleichzeitig als Isolator für die Zuleitungen, welche nicht in Kontakt mit der Umgebung der Sonde gelangen. Jede Zuleitung ist an der Innenwand des Sondenkörpers in der Nähe des Fühlerendes desselben mit Hilfe eines Klebstoffs befestigt. Geeignete Klebstoffe sind beispielsweise das Epoxydharz Nr. 3195 "Epokap" der Firma Hartmann oder das Epoxydhard PA-FDA-2 der Firma TRA-CON. Die Epoxydharz-Klebstellen sorgen für eine Zugentlastung der Zuleitungen, falls eine solche bei der Benutzung der Sonde auftreten sollte.

Zusammenfassend kann also gesagt werden, daß der Themistor 42, welcher eine niedrige thermische Masse besitzt, zentral angeordnet und elektrisch mit der Innenseite 4Oi der Metallplatte 40 verbunden wird. Ferner

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sind die Zuleitungen 22,24 elektrisch mit der Metallplatte 40 bzw. dem Thermistor 42 verbunden, um eine elektrische Verbindung zwischen der Sensoranordnung und der elektronischen Schaltung (nicht dargestellt) herzustellen.

Die Imienseite 4Oi der Metallplatte 4 0 wird von der Stirnwand 34 in deren von dem verformbaren Flansch 38 umgebenen Bereich abgestützt. Dabei deckt die Metallplatte 40 die Mittelöffnung 36 der Stirnwand 34 vollständig ab. Die Mittelöffnung 36 ermöglicht es bei dieser Konstruktion, daß der Thermistor 42 und die Zuleitungen 22,24 in das Innere des rohrförmigen hohlen Sondenkörpers 26 hineinreichen, wenn die Metallplatte 40 dichtend in ihrer Läge an der Stirnwand 34 festgelegt istο Derjenige Teil des verformbaren Flansches 38, welcher über die Außenseite 4Oo der Metallplatte 40 vorsteht, wird in Richtung auf die Außenseite 4Oo der Metallplatte 40 umgebördelt, um den Rand der Außenseite der Metallplatte dichtend zu erfassen. Auf diese Weise itfird die Sensoranordnung am Fühlerende 32 des Sondenkörpers 26 derart dichtend festgelegt, daß sich eine gegen Verschmutzungen geschützte Sonde mit geschlossenem Ende ergibt, bei der nur die Außenseite der Metallplatte und ein Teil des Sondenkörpers in Kontakt mit dem Körpergewebe gelangen, dessen Temperatur gemessen werden soll.

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Das Fühlerende 32 des Sondenkörpers 26 wird nach dem Einsetzen der Sensoranordnung 30, jedoch vor dem Umbördeln des Flansches, durch Tauchen mit einem Dichtungsmittel, beispielsweise dem Dichtungsmittel 738 RTV, beschichtet. Anschließend wird der Flansch durch eine Warmverformung umgebördelt. Die Beschichtung der Außenseite der Metallplatte und des Flansches sorgt dabei für einen zusätzlichen Schutz gegen eine Kontamination, falls die Sonde mehrmals verwendet wird. Die Sonde ist so ausgebildet, daß sie einem Luftdruck von etwa 0,07 bar standhält, der an dem dem Fühlerende 32 gegenüberliegenden Ende wirksam ist. Mit anderen Worten wird also kein Austreten'von Luft beobachtet, wenn das Fühlerende in Wasser eintaucht und wenn am gegenüberliegenden offenen Ende des Sondenkörpers der genannte Druck wirksam ist. Im übrigen werden der Epoxydharz-Kleber und das Dichtungsmittel beim Zusammenbau der Sonde möglichst sparsam eingesetzt, um das schnelle Ansprechen des Thermometers nicht zu beeinträchtigen.

Eine abgewandelte Ausführungsform des Fühlerendes 32a ist in Fig. 5 gezeigt. Bei diesem Äüsführungsbeispiel ist ein becherförmiges Element 50 als Teil des Fühlerendes des hohlen, rohrförmigen Sondenkörpers 26a vorgesehen. Das becherförmige Element 50 dient als Kappe, welche das eine Ende des Sondenkörpers bedeckt. Das becherförmige Element 50 besitzt einen verformbaren Flansch 38a und eine Stirnwand 34a, welche der Halterung und Abstützung einer Sensoranordnung 30a in der

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vorstehend für das erste Ausführungsbeispiel beschriebenen Weise dienen. Die Stirnwand 34a besitzt eine Mittelöffnung 36a. Beim betrachteten Ausführungsbeispiel umfasst die Sensoranordnung eine Metallplatte 4Oa, einen Thermistor 42a und Zuleitungen 22a und 24a, die sämtlich so angeordnet und miteinander verbunden sind, wie dies für die Sensoranordnung 30 beschrieben wurde. Das becherförmige Element 50 ist dichtend und koaxial auf das vordere Ende des Sondenkörpers 26a aufsetzbar. Das becherförmige Element 50 besitzt auf seiner Innenseite mindestens eine Rippe 42, welche als An~ schlag an die Vorderkante 54 des rohrförmigen Sondenkörpers 26a anlegbar ist, um zu verhindern, daß das Element 50 in axialer Richtung zu weit auf den Sondenkörper 26a aufgeschoben wird.

Bei einem weiter abgewandelten Ausführüngsbeispiel könnte als Sensorelement ein Thermoelement verwendet werden. In diesem Fall würden beide Obergänge des Thermoelements elektrisch durch Löten oder Sehweißen mit der Metallplatte verbunden, wie dies oben beschrieben wurde, um das temperaturabhängige Potential bzw. das Kontaktpotential zu erhalten. Der Messübergang des Thermoelements würde im einzelnen mit der 'einen Seite der Metallplatte verbunden, und zwar im wesentlichen in derselben Weise wie dies vorstehend für den Thermistor beschrieben wurde, um ein Thermometer zu erhalten, bei dem keine Gefahr für eine Kontamination besteht und bei dem das Thermoelement auch nicht leicht beschädigt werden könnte.

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9. Janaur 1984

Während die Erfindung vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert wurde, welche vorzugsweise der tatsächlichen Temperaturmessung dient, könnte in entsprechender Weise auch ein Thermometer ausgebildet werden, bei dem das Messergebnis in der eingangs erläuterten Weise "vorhergesagt" wird. Auch bei einem derartigen Thermometer könnte als Temperatursensor wieder ein Thermistor oder ein Thermoelement eingesetzt werden.

Claims

HOEGER, STELLRECRT:&:PARTNER o/nr»ro<?

UHLANDSTRASSE 14 C D 7OOO STUTTGART 1

A 45 873 b Anmelder: Timex Medical Products k - 176 Corporation

9. Januar 1984 Waterbury, Conn. 06720

USA

Patentansprüche

ι. j Elektronisches Thermometer mit kurzer Messzeit zum Messen der Körpertemperatur mit einer ein Temperaturmessende aufweisenden Meßsonde, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

es ist eine Wärmesensoranordnung (30) vorgesehen, welche folgende Elemente umfasst: ein dünnes, gut wärmeleitendes, metallisches Plattenelement (40), welches eine Außenseite (40o) und eine Innenseite (4Oi) aufweistr ein Temperatursensorelement (42), welches eine geringe thermische Masse aufweist und thermisch in Kontakt mit der Innenseite (4Oi) des Plattenelements (40) steht/ eine erste, drahtförmige Zuleitung (22) geringen Durchmessers, die elektrisch mit der Innenseite (4Oi) des Plattenelements (40) verbunden ist/ und eine zweite, drahtförmige Zuleitung (24) geringen Durchmessers, die elektrisch mit dem Sensorelement (42) verbunden ist, wobei die beiden Zuleitungen (22,24) innerhalb der Sonde (11) angeordnet sind, und es ist ein Sondenkörper (26) in Form eines hohlen, rohrförmigen Elementes aus elektrisch isolierendem.

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9. Januar 1984

Kunststoffmaterial und mit niedriger thermischer Masse vorgesehen, wobei das rohrförmige Element eine radial nach innen gerichtete. Stützfläche (34) aufweist, die eine Mittelöffnung (36) definiert, welche kleiner ist als das Plattenelement (40), derart, daß das Plattenelement (40) längs seines Randes auf seiner Innenseite (4Oi) durch die Stützfläche (34) abstützbar ist, wobei das rohrförmige Element ferner einen deformierbaren, die Stützfläche (34) umgebenden Flansch (38) aufweist, welcher derart nach innen umlegbar ist, daß er den Rand des Plattenelements (40) dichtend umschließt und so die Wärmesensoranordnung (30) an dem Sondenkörper (26) derart festlegt, daß sich eine gegen eine Kontaminierung geschützte Sonde (11) mit geschlossenem Fühlerende (32) ergibt, bei der allein die Außenseite des Plattenelements (40),welches direkt in leitendem Kontakt mit dem Sensorelement (42) steht, sowie zumindest ein Teil der Sonde (11) in Kontakt mit dem Körpergewebe bringbar ist, um die Körpertemperatur zu messen.

2» Thermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Sondenkörpers (26) am Temperaturmessende (32) zur Gewährleistung einer kurzen Ansprechzeit etwa 229 um beträgt.

3. Thermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Plattenelements (40) zur Gewährleistung einer kurzen Ansprechzeit etwa 51 um beträgt .

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9. Januar 1984

4. Thermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperatursensorelement ein Thermistor (42) ist, dessen Abmessungen zur Erzielung einer kurzen Ansprechzeit bei etwa 508 χ 508 χ 127 μπι³ liegen.

5. Thermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperatursensorelement ein seinen Widerstand temperaturabhängig änderndes Element ist.

6. Thermometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das seinen Widerstand temperaturabhängig ändernde Element ein Thermistor (42) ist.

7. Thermometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient des Thermistors (42) im Temperaturbereich zwischen 35 und 41⁰C bei etwa 3940 liegt.

8. Thermometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermistor (42) mit dem Plattenelement (40) zur Erzielung einer kurzen Ansprechzeit verschweißt ist.

9. Thermometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermistor (42) mit dem Plattenelement (40) zur Erzielung einer kurzen Ansprechzeit verlötet ist.

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9. Januar 1984

0O. Thermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite (40o) des Plattenelemönts (40) und die Außenseite der Stützfläche (34) zur Erzielung einer erhöhten Sicherheit gegen eine Kontamination mit einem Dichtungsmittel beschichtet sind.

11. Thermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß der Plansch (38) durch Warmverformung nach innen umlegbar ist.

12. Thermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperatursensorelement ein Thermoelement vorgesehen ist.

13. Thermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperatursensorelement eine Halbleiteranordnung vorgesehen ist.

14. Thermometer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiteranordnung eine Diode vorgesehen ist.

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